Sferyczne wielościany platońskie

Data ostatniej modyfikacji:
2009-09-23

Rozważmy sześcian i opisaną na nim sferę (rys. 1).

 

Rys. 1

Płaszczyzny symetrii sześcianu wyznaczają na kuli 9 kół wielkich, a okręgi ograniczające te koła tworzą na powierzchni kuli interesujący, regularny ornament (rys. 2). Jest on oczywiście ściśle powiązany z symetriami sześcianu.

 

       Rys. 2            

Stosunkowo łatwo można skonstruować kąty środkowe odpowiadające poszczególnym łukom. Nie trzeba przy tym wykonywać w zasadzie żadnych obliczeń. Rozważmy najpierw koła wielkie przechodzące przez wierzchołki sześcianu. Takich kół jest 6 i każde z nich jest wyznaczone przez parę równoległych krawędzi, które nie należą do tej samej ściany sześcianu. Koło takie jest kołem opisanym na prostokącie, którego jeden z boków jest krawędzią sześcianu, a drugi - przekątną ściany sześcianu (rys. 3). Każdy z czterech łuków wyznaczonych przez wierzchołki prostokąta jest podzielony przez inne koła wielkie na dwie równe części (rys. 4). Każde z pozostałych trzech kół podzielone jest przez inne koła na 8 równych części (rys. 5).

 

  Rys. 3                                 Rys. 4                                   Rys. 5   

 

W ten sposób sfera podzielona została na 48 przystających obszarów zwanych trójkątami sferycznymi (rys. 6).

 

Rys. 6

Zauważmy, że identyczną jak dla sześcianu kompozycję kół wielkich otrzymamy biorąc za wielościan bazowy ośmiościan foremny. Wynika to z faktu, że bryły te są dualne do siebie nawzajem i mają identyczne symetrie własne. Na rys. 7 zaznaczone są łuki kół wielkich odpowiadające krawędziom sześcianu, a na rys. 8 - krawędziom ośmiościanu.

 

   

   Rys. 7                                                             Rys. 8

Jest oczywiste, że analogiczną procedurę możemy zastosować do pozostałych wielościanów platońskich. Rys. 9 przedstawia odpowiednie kompozycje kół wielkich dla foremnego czworościanu (który jest dualny sam do siebie), a rys. 10 - dla foremnych i wzajemnie dualnych: dwunastościanu i dwudziestościanu.

 

  

   Rys. 9                                                         Rys. 10  

 

Zastosowanie pewnego triku, a mianowicie zastąpienie kół pierścieniami kołowymi, pozwala na wykonanie atrakcyjnych modeli opisanych figur. Szczegóły dotyczące ich wykonania znajdują się tutaj.

Fotografie zamieszone poniżej przedstawiają modele sferyczne wykonane na bazie foremnych: 1) czworościanu, 2) sześcianu i ośmiościanu, 3) dwunastościanu i dwudziestościanu. Kliknięcie w miniaturę otwiera w nowym oknie duże zdjęcie.

 

       

 Fot. 1                                         Fot. 2                                     Fot. 3   

 

     

Siatka wielościanu platońskiego

Bardzo proszę o potwierdzenie, czy trójkąty tworzące powierzchnię kuli z rysunku 10 są jednakowe, tzn. czy pary trójkątów są jednakowe. Czy gdybym zrobił te trójkąty płaskie to wszystkie byłyby identyczne? Czy do stworzenia modelu tej kuli musiałbym mieć x jednakowych trójkątów lewych i x jednakowych trójkątów prawych? I to by się zamknęło? Czy mógłbym prosić o wzory na długości boków tych trójkątów w zależności od promienia kuli?

Jednakowe trójkąty

Wszystkie trójkąty są jednakowe. Do zbudowania całego modelu potrzeba 60 "lewych" i 60 "prawych". Wszystko powinno się zamknąć, ale zbudowanie modelu z płaskich trójkątów (czyli klasycznego wielościanu) jest dość trudne. Oznaczmy promień kuli przez R. Długości boków omawianych trójkątów możemy wyznaczyć z następującej zależności - są one podstawami trójkątów równoramiennych o ramionach długości R i kątach między ramionami odpowiednio równych około 20°54', 31°43, oraz 37°22'.

Powrót na górę strony